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工程科学学报 2023年第3期45卷 509-519页

作者：王钰轲李俊豪邵景干余翔郑州大学水利科学与工程学院郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室郑州450001 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心郑州450001 河南交院工程技术集团有限公司郑州450001

沿黄河高速公路建设过程中,黄河泥沙作为路基填料的可行性已经得到验证和重视,然而目前有关黄河泥沙作为路基填料的动力特性的研究较少.本文利用英国GDS动态三轴试验系统,对取自黄河中下游郑州段的泥沙进行应力控制的动三轴试验,探究了... 详细信息

沿黄河高速公路建设过程中,黄河泥沙作为路基填料的可行性已经得到验证和重视,然而目前有关黄河泥沙作为路基填料的动力特性的研究较少.本文利用英国GDS动态三轴试验系统,对取自黄河中下游郑州段的泥沙进行应力控制的动三轴试验,探究了围压、相对密实度和试验频率对黄河泥沙动剪应力–动剪应变关系、动剪切模量G和阻尼比D的影响,绘制了动剪应力–动剪应变关系骨干曲线和滞回曲线.结果表明,黄河泥沙的动剪切模量、阻尼比与剪应变关系可以用Hardin双曲线模型描述,围压对G和D的影响较大、试验频率对G和D的影响较小.综合与其他土体的动力特性对比表明,黄河泥沙动剪切模量折减曲线规律以及阻尼比D曲线规律和其他土体相符,其动力特性更接近于粉土和砂土,但与其他土体并不完全一致,具有一定的特殊性.最后,本文考虑了围压、相对密实度的影响,并结合现有经验公式,建立可以较好描述黄河泥沙最大动剪切模量G_(max)与围压、孔隙比关系的经验公式,同时建立了动剪切模量比G/G_(max)和D的数学模型,拟合结果显示,建立的模型能较好地描述黄河泥沙的G/G_(max)和D随剪应变的变化规律.

关键词：黄河泥沙动剪切模量比阻尼比动三轴试验理论模型

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基于融合卷积神经网络的多种类管道病害检测方法

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北京工业大学学报 2022年第6期48卷 561-571页

作者：方宏远马铎王念念胡浩帮董家修郑州大学水利科学与工程学院郑州450000 国家地方重大基础设施检测与修复技术联合工程实验室郑州450000 南方工程检测修复技术研究院广东惠州516000

地下管道是城市的血脉,年久失修将会导致管道服役性能降低,引发各种环境问题.因此,应当按时检测地下管道的病害类型及数量,为管道维修提供数据支持.但是,人工检测的方法费时费力,传统的计算机检测方法准确度和泛化能力较低.为了解决这... 详细信息

地下管道是城市的血脉,年久失修将会导致管道服役性能降低,引发各种环境问题.因此,应当按时检测地下管道的病害类型及数量,为管道维修提供数据支持.但是,人工检测的方法费时费力,传统的计算机检测方法准确度和泛化能力较低.为了解决这一问题,该文提出了一种基于融合卷积神经网络的多种类地下管道病害分类算法.该算法结合了Inception网络构架和残差网络构架,提高了检测的准确度.对比现有的检测模型发现,该模型的平均准确率和Macro-F 1分数分别达到了93.15%和0.932,检测评估指标最优,证明该模型具有准确、全面、误检率低的检测特点.对测试集实际检测结果分析可知,该模型在不同光照、不同障碍物、整体和局部的场景下,均检测无误,结果准确,证明了该模型具有鲁棒性高、泛化能力强的特点.

关键词：融合卷积神经网络地下管道多种类病害分类深度学习 Inception网络残差网络

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基于集成学习模型的正常固结土抗剪强度指标预测方法

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岩土工程学报 2023年第S02期45卷 183-188页

作者：王钰轲冯爽钟燕辉张蓓郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 地下工程灾变防控省部共建协同创新中心河南郑州450001

抗剪强度指标的准确获取对工程设计具有决定性作用,目前试验方法确定的强度指标过于依靠工程经验,导致最终的取值具有不确定性。集成学习模型是机器学习的一个子类,在处理复杂的数据和任务时表现出强大的性能。为了能更准确地获得抗剪... 详细信息

抗剪强度指标的准确获取对工程设计具有决定性作用,目前试验方法确定的强度指标过于依靠工程经验,导致最终的取值具有不确定性。集成学习模型是机器学习的一个子类,在处理复杂的数据和任务时表现出强大的性能。为了能更准确地获得抗剪强度指标,以正常固结土为研究对象,利用不同的集成学习算法建立其抗剪强度指标的预测模型。通过均方根误差(RMSE)、可决系数(R^(2))、绝对值误差(MAE)评估不同模型的泛化能力,并采用Adaboost算法进行输入参数的敏感性分析。结果表明抗剪强度采用Adaboost、内摩擦角采用RF、黏聚力采用Adaboost算法具有最佳的泛化能力,其测试集R^(2)可分别达到0.925,0.965,0.942。敏感性分析结果显示,对抗剪强度影响最大的参数为干密度、含水率和法向应力;对内摩擦角影响最大的参数为曲率系数、黏粒含量和含水率;对黏聚力影响最大的参数为含水率、干密度和液限。本文所建立的预测模型可为工程中抗剪强度指标的选取及运用机器学习方法研究土体强度参数提供参考。

关键词：正常固结土抗剪强度指标集成学习机器学习敏感性分析

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高聚物注浆修复的面板堤坝探地雷达波场特征分析

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郑州大学学报（工学版） 2024年第3期45卷 1-6,13页

作者：方宏远董智峰薛冰寒雷建伟郑州大学黄河实验室河南郑州450001 郑州大学国家地方重大基础设施检测与修复技术联合工程实验室河南郑州450001

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复... 详细信息

针对高聚物注浆修复堤坝面板脱空病害的修复效果问题,依据实际堤坝面板层间结构和材料介电参数,基于时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达电磁波计算模型,分析了雷达中心频率、面板脱空修复程度及脱空区域大小、面板厚度及配筋等因素对高聚物注浆修复面板脱空堤坝探地雷达波场特征的影响。结果表明:随着激励源中心频率增大,探地雷达剖面图分辨率逐渐增加;随着脱空区域长度增加,探地雷达剖面图中产生的水平状界面反射波增长;随着脱空区域深度增加,探地雷达剖面图水平状反射线之间时间间隔逐渐增大;随着堤坝面板厚度增加,在面板脱空修复区域绕射波和衍射波幅值减小;探地雷达发射的电磁波遇到钢筋时将产生能量较强的绕射波,强绕射波将脱空区域上下分界面的反射波分割开,难以判断反射波的水平长度。根据高聚物注浆修复面板脱空堤坝的探地雷达波场特征,能有效判断堤坝面板脱空区域的高聚物注浆修复效果,有助于解释实际堤坝面板高聚物注浆修复效果的探地雷达图像。

关键词：堤坝高聚物注浆时域有限差分法面板脱空探地雷达波场特征

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考虑化学反应的聚氨酯高聚物浆液膨胀机理试验与数值模拟研究

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铁道科学与工程学报 2023年第11期20卷 4163-4173页

作者：李晓龙陈灿贾赫扬马鹏桂云祥张蓓钟燕辉郑州大学水利与土木工程学院河南郑州450001 河南省陆浑水库管理局河南洛阳471032 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001

目前,高聚物浆液膨胀力计算多采用高聚物密度-最终膨胀力经验关系表达式近似确定,不能反映高聚物反应过程中膨胀力的时程变化,制约计算分析的准确性。针对上述问题,基于浆液聚合反应机理,采用龙格库塔方法求解浆液化学反应动力学方程,... 详细信息

目前,高聚物浆液膨胀力计算多采用高聚物密度-最终膨胀力经验关系表达式近似确定,不能反映高聚物反应过程中膨胀力的时程变化,制约计算分析的准确性。针对上述问题,基于浆液聚合反应机理,采用龙格库塔方法求解浆液化学反应动力学方程,并结合理想气体状态方程,构建一种能够描述不同约束条件下高聚物密度、膨胀力随时间变化规律的计算模型。进行了固定浆液体积条件下高聚物膨胀力试验和固定围压条件下高聚物密度测试,数值模拟结果与实测值吻合良好,证明了计算模型的适用性。在此基础上分析不同浆液密度和围压下高聚物浆液膨胀机理,结果表明:固定体积条件下,高聚物浆液膨胀力随时间逐渐增大,其增长速度先慢后快,于32~33 s达到峰值,随后逐渐降低,约90 s时趋于0;浆液膨胀力及其时程变化速率、单位密度变化引起的膨胀力变化量均与浆液密度呈正相关。固定围压条件下,高聚物浆液密度随时间逐渐减小,变化速度初始较快,随后逐渐减缓并趋近于0;围压越大,浆液密度越大,其时程变化速率越低,单位围压变化引起的密度改变量越小。利用该模型可实时求解高聚物浆液膨胀力随时间变化过程,为深入研究不同条件下高聚物膨胀扩散机理、浆液-地层相互作用机制奠定基础。

关键词：高聚物浆液膨胀力化学反应试验计算模型

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新型高聚物微型桩加固工程斜坡的抗滑性能模型试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第10期55卷 3803-3813页

作者：王钰轲尚海威贾朝军余翔钟燕辉郑州大学水利与交通学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心河南郑州450001 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于高聚物材料成型快、力学性能优异与微型桩施工非开挖、扰动小、场地适应性强的特点,提出一种用于工程斜坡突发滑坡灾害防治加固的新型高聚物微型桩技术。通过自主设计的工程斜坡加固模型试验装置,开展不同设计方案下高聚物微型桩加... 详细信息

基于高聚物材料成型快、力学性能优异与微型桩施工非开挖、扰动小、场地适应性强的特点,提出一种用于工程斜坡突发滑坡灾害防治加固的新型高聚物微型桩技术。通过自主设计的工程斜坡加固模型试验装置,开展不同设计方案下高聚物微型桩加固效果试验,分析高聚物微型桩的抗滑性能、加固机理、桩体破坏形式与受力变形特征。研究结果表明:高聚物微型桩成型快,具有优异的强度性能,能够有效提高滑坡体的承载能力。在滑坡推力的作用下,桩身呈现出“S”型变形,变形区域主要集中在滑面附近,桩体会发生一定程度的偏转。不同埋深处桩体的剪力与弯矩沿滑面整体呈对称三角形分布,靠近滑面附近的剪力与弯矩最大。在无筋和加筋2种方案下,滑坡体所能承受的极限荷载分别为35 kPa和50 kPa,桩体偏转角度分别为2°和1°,加筋后,桩体承受的最大剪应力约为无筋桩体的1.55倍,其最大弯矩约为无筋桩体的2.75倍。

关键词：高聚物微型桩抗滑性能工程斜坡模型试验变形破坏机制

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高聚物定向劈裂注浆动态过程数值模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第12期52卷 4464-4474页

作者：夏洋洋郝燕洁杜雪明石明生李禄禄郑州大学水利科学与工程学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 南方工程检测修复技术研究院广东惠州516029 黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003

针对现有数值方法对高聚物定向劈裂注浆动态过程模拟困难的现状,采用二维颗粒流程序(PFC2D),考虑高聚物浆液反应过程中膨胀特性和流变特性的影响,建立高聚物定向劈裂注浆的可视化模型。通过与现场试验结果对比,验证数值模型的有效性。... 详细信息

针对现有数值方法对高聚物定向劈裂注浆动态过程模拟困难的现状,采用二维颗粒流程序(PFC2D),考虑高聚物浆液反应过程中膨胀特性和流变特性的影响,建立高聚物定向劈裂注浆的可视化模型。通过与现场试验结果对比,验证数值模型的有效性。在此基础上对浆脉扩散形态、浆液颗粒数量和土体弹性模量对浆液扩散规律的影响及定向劈裂注浆对周围土体孔隙率的影响规律进行研究。研究结果表明:高聚物定向劈裂注浆过程分为填充、挤密、劈裂-挤密循环、最终挤密4个阶段,浆脉最终形态为“梭子状”;注浆过程中将会对钻孔周围土体进行挤密加固,距离钻孔圆心越远,土体孔隙率变化越小,且相比水平方向,竖直方向土体孔隙率变化规律更趋于一致;浆液颗粒数量和土体弹性模量对浆液扩散规律的影响基本一致,但当浆液颗粒数量超过某一定值时,钻孔中心圆孔将会发生劈裂,浆液扩散半径急剧减小,浆脉宽度加速增大;然而,当土体弹性模量超过某一定值时,浆液扩散半径开始减小,而浆脉宽度减小的速率也随之降低。

关键词：高聚物定向劈裂注浆数值模拟膨胀力黏度扩散规律

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高聚物注浆材料压缩疲劳损伤演化与寿命预测

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中国公路学报 2023年第10期36卷 64-74页

作者：张超潘旺方宏远王翠霞王复明郑州大学水利与交通学院/黄河实验室/地下工程研究院河南郑州450001 地下工程灾变防控省部共建协同创新中心河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001

高聚物注浆材料以固化时间短、膨胀力和膨胀比大、轻质高强等特点在道路的非开挖修复中应用广泛。在长期交通荷载作用下高聚物注浆材料的力学性能会受到一定程度的影响,然而其疲劳损伤演化规律和服役寿命预测尚未见到系统研究。采用现... 详细信息

高聚物注浆材料以固化时间短、膨胀力和膨胀比大、轻质高强等特点在道路的非开挖修复中应用广泛。在长期交通荷载作用下高聚物注浆材料的力学性能会受到一定程度的影响,然而其疲劳损伤演化规律和服役寿命预测尚未见到系统研究。采用现场试验、准静态压缩和循环压缩试验对高聚物注浆材料的修复效果和静动态抗压性能进行了研究,提出了一种基于密度和寿命的疲劳阈值预测公式。结果表明:弹性模量、抗压强度、准静态能量耗散随密度增大而增大且存在幂函数关系;不同密度高聚物注浆材料的疲劳阈值在0.6~0.8之间;压缩疲劳性能随着相对循环次数的演化过程可分为3阶段(调整阶段、稳定变化阶段、循环破坏或循环硬化阶段);在较高应力水平(0.7和0.8)下,经过调整和稳定变化阶段,动态弹性模量减小,累积应变、应变速率、动态能量耗散增大;相对循环次数达到80%之后,疲劳性能参数急剧变化,动态弹性模量平均减小了93.69 MPa,累积应变、应变速率、动态能量耗散平均增加了0.15、0.20 s^(-1)、0.027 MJ·m^(-3);试件发生破坏且在泡孔结构中出现裂纹和坍塌破碎;在低应力水平(0.6)下,经过调整阶段,动态弹性模量和累积应变与循环次数存在对数函数关系,应变速率和动态能量耗散与循环次数存在指数函数关系;循环硬化后,其宏微观形貌无明显损伤,且抗压强度和弹性模量平均有超过20%的提高。所得结果为高聚物注浆材料耐久性能评价和推广应用提供了一定的理论指导和科学依据。

关键词：路基工程高聚物注浆材料压缩疲劳疲劳损伤寿命预测注浆修复

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非水反应高聚物–混凝土界面单调剪切特性及本构模拟

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工程科学与技术 2021年第6期53卷 122-131页

作者：王钰轲于博文曹天才郭成超钟燕辉石明生郑州大学水利科学与工程学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心河南郑州450001 中山大学土木工程学院广东广州510275

土与结构物的界面力学性质一直都是岩土工程探究的热点,为了探究非水反应高聚物与混凝土的界面剪切特性,基于单调直接剪切试验研究了竖向应力、剪切速率对高聚物–混凝土界面抗剪强度和剪切模量等特性的影响。结果表明:在给定的竖向应... 详细信息

土与结构物的界面力学性质一直都是岩土工程探究的热点,为了探究非水反应高聚物与混凝土的界面剪切特性,基于单调直接剪切试验研究了竖向应力、剪切速率对高聚物–混凝土界面抗剪强度和剪切模量等特性的影响。结果表明:在给定的竖向应力与剪切速率下,随着剪切位移的增加,高聚物–混凝土界面呈现出剪切软化的现象。剪切速率对界面抗剪强度、黏聚力、摩擦角影响较小,对界面剪切模量值有显著影响,并且剪切模量值随着剪切速率的增加不断减小,减小幅值明显;竖向应力对高聚物–混凝土界面抗剪强度以及剪切模量值有显著影响,高聚物–混凝土界面抗剪强度、剪切模量值随着竖向应力的增加而不断增加。最后,建立了高聚物–混凝土界面的双曲线本构模型,并依据相关试验结果初步验证了模型的有效性。

关键词：高聚物界面剪切特性抗剪强度剪切模量本构模型

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不同初始状态软黏土在主应力轴耦合旋转下的孔压及3维变形规律

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工程科学与技术 2021年第2期53卷 84-94页

作者：王钰轲黄文清万永帅余翔韩沐森郭成超郑州大学水利科学与工程学院河南郑州450001 重大基础设施检测修复技术国家地方联合工程实验室河南郑州450001 水利与交通基础设施安全防护河南省协同创新中心河南郑州450001 中山大学土木工程学院广东广州510275

土体在受波浪、地震及交通荷载等荷载作用时,其相应的应力状态较为复杂,因此,在实际工程中偏应力和主应力轴方位角同时变化的情况普遍存在。目前,关于这种应力条件下原状软黏土的物理力学特性的研究尚处于起步阶段。主应力轴耦合旋转是... 详细信息

土体在受波浪、地震及交通荷载等荷载作用时,其相应的应力状态较为复杂,因此,在实际工程中偏应力和主应力轴方位角同时变化的情况普遍存在。目前,关于这种应力条件下原状软黏土的物理力学特性的研究尚处于起步阶段。主应力轴耦合旋转是指在主应力轴方向旋转的同时,偏应力不断增大,平均主应力、中主应力系数均保持不变。为研究主应力轴耦合旋转时原状软黏土的变形和孔压特性,基于空心圆柱扭剪控制系统(HCA),对原状软黏土进行了一系列不同初始状态的扭剪试验,探讨了不同固结倾角、中主应力系数在主应力轴耦合旋转条件下对原状软黏土的变形、孔压等特性的影响。结果表明:不同初始固结状态对软黏土的变形特性有明显的影响;主应力轴耦合旋转过程中,软黏土试样在主应力系数b=0和0.5时的轴向变形以受压为主,在b=1.0时主要表现为受拉状态。不同初始固结倾角下,主应力轴耦合旋转下试样的轴向、环向和剪切变形趋势均有明显的不同;径向应变值差别不大,在b=0.5时,试样的径向应变值接近于0。不同初始固结倾角条件下,试样的孔压峰值对应的大主应力方位角也不同,孔压累积与应变开展并不一一对应;应力和应变的变化与偏应力和主应力方位角的增加不同步,即存在明显的非共轴现象。

关键词：软黏土主应力轴耦合旋转固结倾角中主应力变形孔压

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